●系統概述
工業乙太網的集成式全分佈控制系統，具有高度的分散性、實時性、可靠性、開放性和互操作性的特點，同時也是數據、視頻“多網合一”的系統。其應用代表了工業乙太網和控制技術的在水處理行業的最新發展方向。
隨著我們國家生產力水平的不斷提升，自動化系統也相應的從小型的、封閉的、無網路的模式，向大型化、網路化、開放化方向發展；將基於封閉、專用的解決方案變成了基於公開化、標準化的解決方案。上位機、PLC和現場匯流排構成的集散監控系統逐步成為水處理自動化的主流。但由於不同的現場匯流排標準之間的互不兼容嚴重束縛了不同廠商設備之間的互連，使得現場匯流排成為受廠商限制的專用網路。而隨著乙太網技術在自動化領域的不斷發展，越來越多的PLC、智能儀錶和執行器，乃至DCS系統已經帶有乙太網介面，這都標誌著開放互連的工業乙太網已經成為工業網路的發展方向。
××市污水處理廠是一座近期日處理量為40萬噸、遠期60萬噸的AO工藝的污水處理廠。自動控制系統採用目前國內外污水處理廠廣泛應用並取得良好效果的基於可編程邏輯控制器(PLC)的集散型控制系統，以及監控和數據採集(SCADA)系統，同時還包含少量的視頻監視。集散型控制系統的特點是將管理層和控制層分開。管理層主要是對全廠的生產過程進行監視、數據存儲和分析; 控制層主要是通過現場PLC或計算機完成各自轄域內工藝過程和工藝設備的自動控制，同時在傳統控制的基礎上，提供了智能控制的可能性。SCADA系統通過現場檢測儀錶和網路設備完成對主要工藝參數的數據採集並對生產流程進行監控。通信系統採用100Mbps工業以太環網。
系統除具備對生產過程的監視和控制功能外，數據處理和網路通信的功能更加強大，為運行階段的生產管理、調度、科研打下堅實的基礎。考慮到遠期污水廠增加設備的需要，自控設備、通信網路和上位管理系統擁有擴展的能力。
●系統網路結構
按照工藝流程，廠區分佈7套自控系統，分別為預處理系統、生物處理系統、污泥處置系統、出水及雨水系統、污泥消化系統、污泥干化系統和電站自動化系統。
在預處理系統、生物處理系統、污泥處置系統、出水及雨水系統設置4套不同規模的過程式控制制站(PLC分控站)，污泥消化系統、污泥干化系統和電站自動化系統為成套設備，自控系統自成體系。各控制站分別負責各自範圍內工藝參數的採集和設備運行的控制。
主幹網路使用了多模光纖百兆環網，單機單環即在網路中的每一個站點均有一台工業冗餘以太環網交換機。這種網路具有一層的網路冗餘功能，當網路中的某一處通道發生故障時，網路會在300ms內重新拓樸網路結構，在邏輯上形成一個匯流排型網路，可繼續維持整個系統的正常工作。由於這種網路拓樸結構只能形成一層網路冗餘，如果在網路中的某一台交換機發生故障時，則這台發生故障的交換機所連接的設備將不能與其它交換機所連接的設備進行通信。在該廠自控系統的設計上，力求各個工藝區域相對獨立，不存在各交換機所聯接的系統互相通信，而工藝環節之間的通信在各系統內部的PLC及其子站完成，因此，某台交換機的故障不會影響其他系統的工作，而故障交換機僅暫時影響信息上傳，不會影響系統內部的自動運行。採用單機單環的拓撲結構對於該廠是經濟合理的。
現場有一些智能儀錶，要把這部分儀錶的數據採集到監控中心。通過串口伺服器把RS-232/485/422轉換成網路介面，再通過乙太網把數據傳輸到監控中心。
廠區內分部著10個左右的攝像頭，使監控中心可以直觀的看到重要區域的現場情況，作為污水處理廠監控的輔助手段，節約了人力成本。
●方案特點
本方案總的主幹採用百兆光纖環網，分支網路採用星網結構拓展，具體特點有以下幾條：
1.帶寬大，傳輸速度快。整體方案採用全雙工100Mbps光纖以太環網，網路實際帶寬達到200Mbps。使網路不會成為數據傳輸的瓶頸，消除了數據延遲的可能性；
2.交換式乙太網，保證了系統的傳輸效率，消除了網路衝突。對於實時控制來講，其網路傳輸的延遲不超過系統所允許的最大值。傳統的乙太網是基於載波偵聽多路訪問/衝突檢測（CSMA/CD）的介質訪問機制，因而本質上不保證傳輸的實時性。但乙太網可通過三種方式獲得確定性，一是限制流量，二是使用主-從通信方式，三是採用乙太網交換機。本系統採用交換機將整個網路分成多個衝突域，從而消除了衝突，實現了確定性；
3.環形冗餘方案，確保了系統的可靠性，減少投資。過去由於沒有其他可供選擇的方案，冗餘網路大都採用雙匯流排方式實現。隨著乙太網和交換技術的發展使得建立冗餘環網成為可能。在同樣冗餘度的情況下，冗餘環比雙匯流排方式減小了風險的集中和降低了實現成本。300ms的收斂時間確保在環路光纖出現問題時，數據不丟失。在升級到千兆網路的時，光纖通常不需要從新鋪設，只需要更換網路設備就好了；
4.可擴展性好，通用性強。當再有設備接入，在網路容量允許的情況下，可以直接接入網路。在提升生產的信息化程度方面，ERP、生產管理系統等計算機網路可以直接和工業網路連接，從中得到現場的實時數據；
5.數據、視頻的“兩網合一”。在本系統中，網路不僅用於控制數據的傳輸，同時也作為視頻的傳輸平台。每個控制站均設有帶有雲台的攝像頭，其視頻輸出信號以及雲台控制信號經過視頻編碼器壓縮並轉換成符合H.323標準的數字多媒體信號接入到乙太網上，在監控端通過視頻解碼器和視頻伺服器對遠程視頻實現監視和記錄，並可遠程控制雲台的動作；
6.使用埠聚合（Trunking）把環網連接到監控中心的核心交換機上。數據上傳的帶寬增加了一倍，同時也使上傳鏈路有了備份；
7.通過廣播風暴抑制功能，消除了廣播風暴對網路的衝擊。當網路受到廣播風暴衝擊時，必然會大大降低網路的性能。通過廣播抑制，可以把廣播的數據流量限制在一個較低的水平上，保證現場數據傳輸；
8.通過串口伺服器把現場的儀錶數據採集到網路上。突破了智能儀錶只能走專用網路（RS－485/422）的問題。串口伺服器把乙太網變成了一個透明網路，讓監控中心通過網路可以實時得到現場儀錶的數據；
●結束語
本案例成功地應用了上位機+PLC+工業乙太網構成的分散式監控系統，代表了自動化控制的一個主流趨勢，用通用的、開放的、高速可靠的工業乙太網代替專有的、封閉的、低速現場匯流排來完成主要的數據傳輸，同時又通過串口伺服器把基於匯流排的設備完美的接入到網路當中。通過把視頻系統的網路也併入工業乙太網，節約的建網成本，還充分利用了工業乙太網的大帶寬的優勢。
隨著整個社會的自動化水平的不斷提高，“多網合一”、“一網到底”的概念再也不只局限於概念的階段，已經逐步成為我們構建大中型自動化控制系統的首選。工業乙太網技術以其成熟可靠的技術、開放、造價越來越低的優勢，日漸成為自動化系統中強大的神經中樞。
